drug 盤尼西林結構 以Ｘ射線觀察生物分子三度空間結構 以精準的單晶Ｘ光繞射數據，結合高層次的電子結構計算結果，來獲知分子中的電子密度、探討化學鍵如何形成，進而找出分子特性與樣貌

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• 【女科學家】璀璨與完美—看見晶體結構的女人

  2011 年 05 月 31 日   第 5期：女科學家系列講座

  
  

  以羅莎琳‧法蘭克林為名的醫學院校徽。此名垂青史的圖像稱為〈照片51〉，是1952年她所拍攝的一張DNA之X光繞射圖片。

  ■ 1968年，以雙重螺旋結構獲得諾貝爾獎的六年後，華森在他的回憶錄《雙重螺旋》中提到已過世的法蘭克林，說她是個無聊的女學究（bluestocking），而且沒有能力進一步利用她辛苦獲得的DNA繞射資料。2003年，華森才正式在國王學院新大樓命名紀念演說中承認，法蘭克林「是我們能夠有這項重大發現的關鍵」。
  撰文 ∣ 柯昭儀
  　　你好奇過物品是如何組成的嗎？你知道有辦法可以透視它嗎？ 自從1895年倫琴（William C. Rontgen）發現穿透性極強的Ｘ射線，1912年勞厄（Max von Laue）發表Ｘ射線的繞射現象，1913年布拉格父子（W. H ＆ H. L Bragg）開發出第一台Ｘ光光譜儀，人類就像得到開啟宇宙奧祕的鑰匙，往微觀世界大步前進。Ｘ光晶體繞射學能讓人們得知大生物分子的三度空間結構，科學史上的重大發現更是不能沒有它；像是第一個被發現的抗生素（青黴素；俗稱盤尼西林）、維他命B12及DNA奇妙的雙股螺旋結構，都是因它而問世。現在Ｘ射線結晶學不但是人們開發新材料或合成新藥不可或缺的工具，更是許多前瞻性研究突破瓶頸的利器，而促使這門學問蓬勃發展的功臣，正是一群在探索和發現之間契而不捨的女性。
  　　2011年是居禮夫人獲得諾貝爾化學獎滿一百年，為了紀念女性摘下科學桂冠邁入一世紀，聯合國將今年訂為「國際化學年」，台大科學教育發展中心探索講座響應國際盛事，策劃「有她，科學從此不一樣：女科家學系列」講座，讓大家認識更多傑出的女科學家。本場講座以結晶學發展史為主軸，為大家介紹幾位在Ｘ光結晶學領域大放異彩的女科學家；上半場由王瑜教授為大家介紹1964年獲得諾貝爾化學獎得主桃樂絲．哈奇金，清大生命科學系的孫玉珠教授則接著介紹羅莎琳．法蘭克林及伊莎貝拉．卡爾，這兩位的研究成果對後世影響深遠，儘管與諾貝爾獎擦肩而過，但卻是真正的的幕後英雌。
  　　台灣化學系的王瑜教授，是台大理學院首任女院長，曾擔任國科會自然處首任女性處長，並於2010年當選為中研院院士。她也是國內研究Ｘ射線結晶的先驅學者，以精準的單晶Ｘ光繞射數據，結合高層次的電子結構計算結果，來獲知分子中的電子密度、探討化學鍵如何形成，進而找出分子特性與樣貌。除了本身傑出的學術成就之外，王瑜教授對於台灣在國際學術地位的爭取更是不遺餘力；為了深植國內Ｘ射線晶體分析的實力，她在1981年建立國內第一個單晶結構解析中心，並於1986年創立國際結晶學會中華民國結晶學委員會，然後努力將它納入國際晶體學會的體系，終於在1996年讓台灣成為國際結晶學會的成員國。另一位講者是清大生命科學系的孫玉珠教授，她是求學時期就專攻結晶學，1995年畢業於美國賓州匹芝堡大學結晶學系，專長為運用Ｘ射線繞射的方法，研究生物晶體分子結構，並且以物理和化學反應，研究生物的功能。
  尋找蛋白質真相
  

  
  

  這可愛的裝置是哈奇金1945年發現的盤尼西林結構。陳列於倫敦科學博物館。

  桃樂絲．哈奇金（Dorothy Hodgkin）是英國的化學家，1910年出生於開羅，1932年畢業於牛津大學，之後進入劍橋大學當研究生，1934年她回牛津大學擔任教學和研究工作，並於1947年當選為英國皇家學會會員。早在就讀劍橋大學期間，哈奇金就發現Ｘ射線結晶對於蛋白質結構判斷具有無窮潛力，她也是首位以Ｘ射線觀察生物分子三度空間結構的學者，豐碩的研究成果也為日後蛋白質結晶學的發展奠定扎實的基礎。哈奇金的重要成就包括以Ｘ光繞射作為結構分析的主要工具，確立了膽固醇、青黴素、維生素B12及胰島素的三度空間結構。
  　　青黴素是人類使用的第一個抗生素，哈奇金在1941年定出青黴素的結構時，人們尚未暸解青黴素的化學式，哈奇金的研究促使青黴素得以被商業化生產，不但使人類的健康獲得保障，還延長平均壽命。哈奇金也花了10年的時光，來確定維生素B12分子的立體結構，維生素B12是人體不可或缺的營養素之一，也是製造血紅素的必需物質，兒童如果缺乏B12不但會發育不良，更可能導致惡性貧血，但是當時維生素B12不但昂貴，而且相當稀少，哈奇金精確地測定了維生素B12的分子結構，才得以實現維生素B12的人工合成。由於青黴素及維生素B12的研究，對人類的健康的意義非凡，哈奇金在1964年榮獲諾貝爾化學獎桂冠，儘管如此哈奇金並沒有停止研究的步伐，仍然持續進行胰島素的研究，雖然當時Ｘ射線晶體技術尚無法處理複雜的胰島素分子，但是她和合作夥伴花了將近35年的時間不斷修正，終於在1969年完成胰島素的結構分析，熱心、良善的她還到世界各地宣導胰島素對糖尿病的重要性。
  　　身為少數的女性諾貝爾科學獎得主，1964年哈奇金獲頒諾貝爾化學獎時，真誠道出女性科學研究者的心聲：「我衷心希望我的女性身份在諾貝爾獲獎者中不要這樣的突兀，當社會給予女性機會，將其與男性同等的科學天賦不斷地展現出來，在不久的將來人們將不會對一個女性獲得諾貝爾獎感到吃驚。」事實上，女性投入科學活動比男性晚得太多，因為女性一直到19世紀後期才被允許進入大學，而且就算獲得學位和成就，也不容易打入科學的社交圈。例如成立於1662年的英國皇家學會，一直到1945年才有第一個女性會員，成立於1666年的法國科學院，則是到了1962年才有第一個女性會員，除此之外，還有許多非正式或非結構性的障礙存在，並且從不同面向制約女性科學家的發展。女科學家要掙脫傳統的枷鎖，在科學領域展現出自我風格並不容易。相較之下哈奇金是個幸運的女孩，她的父親從事教育工作，母親在考古研究成就斐然，父母都樂於工作、喜愛新知，哈奇金在1938年結婚，她的先生是非洲事務專家，不但支持她外出工作，並且引以為傲。在環境和時間的支持下，哈奇金雖然生育了三個孩子，她有別那個時代的女性，仍然盡情投入熱愛的工作領域，並且憑著堅持和天賦，勤奮治學同時也是賢妻良母。王教授特別提到哈奇金長期關心第三世界的科學發展，她更是世界和和平的擁護者。
  承先啟後
  　　在孫玉珠教授的演講中，我們知道法蘭克林（Rosalind Franklin）是個集美麗、聰慧與勇敢於一身的女性，有人讚揚她拍的第五十一號DNA照片是「有史以來拍得最漂亮的Ｘ射線照片之一」。這張照片在未經她同意的情況下，流到華森（James D. Watson）手上，也讓華森等人在於1953年解開了雙螺旋結構，1962年華森、克里克與韋爾金斯因而榮獲諾貝爾醫學獎。克里克曾經表示：「我們之所以能摸索出DNA的結構，是基於法蘭克林及與他們合作的人員所提供的Ｘ射線圖形……」，然而，此時法蘭克林已於1958年因卵巢癌早逝，當然無緣與另外三人同享諾貝爾桂冠的榮耀。值得欣慰的是為了使法蘭克林獲得她應該得到的榮耀，2003年倫敦國王學院將一棟新大樓命名為「羅莎琳－威爾金斯館」以紀念她與同事威爾金斯所作的貢獻。美國芝加哥芬奇醫學院（Finch University of Health Sciences）在2004年改變校名為「羅莎琳．法蘭克林醫學院」（Rosalind Franklin University of Medicine and Science），來紀念羅莎琳對生理醫學的傑出貢獻。
  　　另一位在結晶學領域才華橫溢的女科學家是卡爾（Isabella Karle），她是美國的化學家，曾與先生共同在美國海軍研究院工作，卡爾的先生擅長統計理論，卡爾專精分析構造，再兩人攜手合作下完成含有三、四十個原子的大分子，他們發展的Ｘ光直接散射技術，也讓卡爾的丈夫在1985年諾貝爾化學獎，可惜的是卡爾卻成了遺珠。卡爾的大女兒露薏茲（Louise）也是一位化學家，任職於布魯克海文（Brookhaven）國家實驗室的她，對於母親未被頒發諾貝爾化學獎，遺憾的表示：「雙親在研究上一直密切合作，若沒有母親，將無法如此快速有成果。」
  　　這幾位女科學家因為熱愛科學，面對科學旅途的種種挑戰，始終懷有兒時的好奇心，為了科學的突破貢獻自己的力量，一次又一次挑戰已知的極限，只為了發現的那一刻，猶如完美的晶體，不但蘊藏著奧妙的內涵，同時閃耀著璀璨的光芒，向世人訴說：「偉大的科學成應該是超越性別限制的。」
  　　
  （本文作者畢業於淡江大學化學研究所，現從事消費品檢測領域）
  

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